Да убиеш COVID-19 за 25 секунди: ето как
BG учени със система, която 99,9% унищожава COVID-19 в помещения
Екипът от Националния суперкомпютърен център предостави на “24 часа” модела на изчисление и схемата на оборудването
С тях всеки може да събере оферти от климатични и вентилационни фирми и да избере най-изгодната
6 независими изследвания установяват как може да се ликвидира коронавирусът за 25 секунди
Искате ли система, която гарантирано унищожава 99,9% от вирусите в помещения, кафенета, ресторанти, офиси, влакове, самолети? Е, има такава. Националният център за суперкомпютърни приложения (НЦСКП) създаде модел за изчисление и схема на оборудването. С тях
всеки може да
се обърне към
специализираните
фирми
за вентилационна и климатична техника, да събере оферти, да избере най-изгодната от тях и да си го поръча, така че да отговаря на конкретните специфики.
Най-общо става дума за вентилационно оборудване, което изсмуква въздуха от пода и го прекарва през контейнера с UV-C лампи за обеззаразяване. Оборотният въздух периодично се смесва с чист въздух.
Центърът е научна организация, сдружение в обществена полза, което работи с учени от БАН и университети. Това са специалистите, работещи със специфичния за суперкомпютрите софтуер.
Процесът на ваксинация в цял свят се бави, а основните центрове за масово заразяване си остават затворените пространства - автобуси, самолети, офиси, зали, закусвални, ресторанти, магазини, училища, болнични стаи и др.
Изследвания, проведени в Япония, Германия и последното, публикувано от Harward Medical School, показват, че ако в една стая се съберат 15 души и един от тях е болен, вирусите много бързо насищат въздуха. Затова много страни като Япония, Германия, Русия, Канада отдавна търсят начини как да стерилизират въздуха, за да деактивират вирусите. Под деактивиране в световната научна литература се разбира, че
патогенът повече
не е в състояние
да заразява
Един от най-перспективните подходи е да се използва силна ултравиолетова светлина в С-диапазона, защото именно той унищожава вирусите. В продължение на години се използваха открити източници на това облъчване, но то е вредно за кожата и може да доведе до ракови заболявания. Затова едно от решенията е
тези лампи да
се “облекат” в
метални кожуси или да се затворят в контейнери, през които минава въздухът и се обеззаразява.
Като използва резултатите от симулациите на най-мощния в света суперкомпютър Fugaku, екипът на проф. Стоян Марков е създадал модел, който свързва
- динамиката на потока на въздуха,
- мощността на снопа на ултравиолетовата светлина,
- времето за експозиция на вирусите и
- скоростта на намаляване на концентрацията на живите вируси в “обработения” въздух. В случая използват гермицидните ултравиолетови лампи, защото не произвеждат озон.
Два са изходните параметри в модела:
- Нивото на обеззаразяване на въздуха като функция от мощността на светлинния поток;
- Времето за експозиция, за което при зададена мощност се деактивират вирусите. В този модел учените използват
преки
биологични
експерименти, показващи връзката между мощността на светлинния поток и процента на унищожените патогени.
Екипът стъпва на резултатите от биологичните експерименти на Държавния санитарно-епидемиологичен регулатор на Руската федерация, Медицинския център “Ървинг” в Колумбийския университет и съвместните изследвания на холандската фирма Signify и Университета на Бостон. Целта е да се установи каква е реалната ефективност срещу коронавирусите на UV-C гермицидните лампи.
Всички тези експерименти показват, че при мощност на светлинния поток 385 джаула/куб. м 99,9% от вирусите
загиват, след
като бъдат
облъчени
за 25 сек
Използвани са и резултатите от изследванията и практическият опит в конструирането на затворени модули за рециклиране и обеззаразяване на въздуха, обобщени в международния стандарт ISO 15714: 2019 (E).
Тези експерименти още веднъж са повторени от научните звена на “Филипс” и “Осрам”, които потвърждават, че публикуваните данни са абсолютно точни.
В модела на българските специалисти са взети под внимание и резултатите, публикувани от екипа на д-р Мартин Кригел, ръководител на Института “Херман Ритшел” от Техническия университет в Берлин.
Техните експерименти и изчисления показват, че ако помещението е с размер около 20 квадратни метра, с височина 3 метра, вентилацията, която обновява въздуха два пъти на всеки час, може да осигури безопасна среда за 80 минути. Но само при положение че в стаята има двама души. Колкото повече са хората, толкова по-кратко става времето, в което вероятността от заразяване е ниска. Примерно
класна стая с
25 - 30 деца
ще се изпълни с
вирусни аерозоли
в рамките на две минути.
На базата на компютърни симулации, експерименти и моделиране на движението на въздушния поток по метода на изчислителната флуидна динамика екипът на НЦСКП създаде методика за изчисляване на дебита на въздуха в литри в секунда, който трябва да преминава през системата в зависимост от обема на затвореното помещение, зададената степен на деактивация на вирусите и мощността на светлинния поток.
Така за коронавируса времето за експозиция от 25 секунди изисква обем на контейнера с лампите един кубически метър.
Специалистите посочват, че принципна схема на такъв вентилационен модул е публикувана в стандарт ISO 15714:2019 - “Схема на затворен вентилационен модул за рециклиране и очистване на въздуха в затворени помещения и блоковете , от които е съставен”.
Ако скоростта на входящия поток заразен въздух е около 2 метра в секунда за помещения с обем 130-150 кубически метра, дебитът му е между 40 и 60 литра в секунда. Тоест обемът на контейнера с лампите трябва да е около един кубически метър. В него се образуват сравнително големи вихри, защото замърсеният въздух минава през лампите няколко пъти и времето за облъчване е поне 25 секунди.
Оттам обеззаразеният въздух влиза в помещението със скорост около един метър в секунда и дебит около 60 литра в секунда.
Тук има още една особеност. В един контейнер трябва да има 4 гермицидни лампи с мощност 30-36 вата всяка. Така за 30 минути системата може да обработи около 72 кубически метра въздух. Затова, ако помещението е с обем 130-150 кубически метра, трябва да се инсталират два вентилационни модула.
Председателят на УС на Националния център за суперкомпютърни приложения проф. Стоян Марков и учени показват на еврокомисаря Мария Габриел суперкомпютъра.
Ще има ли паспорт за безопасност на офиси, ресторанти, класни стаи
Масовите ултравиолетови лампи предпазват
само в лекарски кабинет с един пациент,
и то ако двамата в него са с маски
Хората от екипа на Националния суперкомпютърен център подчертават, че системата е сложна и не може да се конструира от любителите на метода “Направи си сам”. С подръчни материали и елементарни познания няма как да се постигне търсеният резултат - 99,9% деактивиране на вирусите.
Фирмите за вентилационна и климатична техника могат да решат дали да изградят нова система или да вградят въпросното оборудване във вече съществуващите вентилационни и климатични системи. В някои случаи може да се наложи и консултация с архитекти, за да не се загуби естетиката на помещенията. Те са хората, които могат да “впишат” системата в помещението, така че тя да не изглежда като грозно съоръжение.
Експериментите доказват, че ако моделът и методиката за изчисление и проектиране на вентилационния модул се използват правилно, това ще свали концентрацията на активни вируси около 1000 пъти. Тоест
заразяването ще е невъзможно
Мнозина биха опонирали, че всичко това ще излезе по-скъпо в сравнение с уредите, които се продават като обеззаразяващи. Вече експериментално е доказано, че масовите ултравиолетови лампи около 222 нанометра не вредят на хората, но и не унищожават вирусите, защото тази дължина на вълната много слабо им влияе. Според учените те могат да се ползват единствено в лекарски кабинети, където влиза по един пациент и прозорецът е отворен. Предпазени са докторът и пациентът, и то ако и двамата са с маски.
Изчисленията показват, че и UV-C лампите, затворени в метален кожух или контейнер, също не осигуряват висока стерилизация. В тях има вентилатор с филтър за засмукване на мръсния въздух и вентилатор за изхвърляне на обеззаразения в помещението. Симулациите на Fugaku по категоричен начин установиха, че тези контейнери създават турбулентно движение и в тях се заформя вихър, разпространяващ вирусите из цялата стая. Затова Международната организация по стандартизация утвърди стандарт за затворени системи за рециклиране на въздуха, при който този недостатък е избегнат.
Резултатите на нашите учени бяха публикувани на сайта на PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe). PRACE е европейското обединение на страните, използващи суперкомпютри и суперкомпютърни изчисления. В неговия сайт новината за разработката на нашия център вече повече от десетина дни е на челно място.
Подобни системи навлизат в почти всички европейски и азиатски страни. Вече упорито се говори, че наред с ваксинационните паспорти ще има и паспорти или сертификати за помещения, офиси, ресторанти и др., удостоверяващи, че в тях вероятността от заразяване е минимална. В азиатски страни вече понякога правят проверки от съответния национален инфекциозен център, като експерти проверяват степента на обеззаразяване по утвърдена методика. В този смисъл моделът, разработен от нашия център, е вид спасителна жилетка, но всеки сам решава дали ще се възползва от нея.